В разъемных соединениях герметичность достигается приме­нением затвора того или иного типа. Основные качества, кото­рым должен удовлетворять идеальный затвор, следующие: он должен быть абсолютно герметичен и не должен терять герме­тичности при изменении температуры, быть простым в изгото­влении, не корродироваться сжатой средой, должен легко и быстро разбираться и собираться, не повреждаясь при этом. Затвор не должен сильно ослаблять корпус в месте присоедине­ния, должен минимально сокращать рабочий объем у аппарата, а также быть компактным и легким.

Однако универсальных затворов, удовлетворяющих одновре­менно всем этим требованиям, не существует и приходится вы­бирать систему затвора, наиболее отвечающую конкретным усло­виям работы аппарата.

Типы затворов

По принципу воздействия на затворы сжатой среды, их можно подразделить на две основные группы:

1)  затворы без самоуплотнения, если давление среды умень­шает давление между поверхностями уплотнения;

2)  затворы с самоуплотнением, когда давление среды способ­ствует лучшему прилеганию поверхностей уплотнения.

В зависимости от применяемых для уплотнения (обтюрации) материалов, затворы можно подразделить [73] на затворы, осно­ванные на принципе упругой (и только частично пластической) деформации, и затворы, основанные на принципе пластической (и только частично упругой) деформации.

В качестве иллюстрации приведенной классификации рассмотрим схематически наиболее типичные затворы, а именно:

Затворы без самоуплотнения. К типу этих затворов относится уплотнение крышки плоским кольцевым обтюратором 1 у авто­клава, изображенного на рис. 90, II. Для герметичности соеди­нения обтюратор должен быть прижат к корпусу и крышке. Не­обходимое удельное давление в месте обтюрации зависит, в основном, от формы и материала обтюратора и сопряженных с ним частей и от физических свойств сжатой среды.

При повышении внутреннего давления увеличивается сила, давящая на крышку, болты удлиняются и удельное давление между обтюратором и сопряженными частями уменьшается. Как только удельное давление уменьшится до определенной вели­чины, обтюратор начинает пропускать.

Затворы с самоуплотнением. Существует много разновидно­стей этих затворов, но наиболее типичным является приведенный на pис. 90, II затвор у кармана для термопары 2 с плоским обтюратором 3. Первоначальное уплотнение достигается здесь подворачиванием гайки 4. На карман для термопары, а, следо­вательно, и на обтюратор действуют в осевом направлении две силы — сила предварительного затяга гайки P1 и сила P2, со­здаваемая разностью давлений внутри и вне сосуда.

При работе с высокими давлениями внешнее давление обычно пренебрежимо мало по сравнению с внутренним, поэтому можно написать, что вторая сила

где dср — средний диаметр обтюратора.

С возрастанием внутреннего давления р увеличивается сила P2, прижимающая карман к обтюратору, чем улучшается герметичность.

Как уже было указано, в зависимости от применяемого ма­териала, имеются два вида затворов.

Затворы, основанные на принципе упругой деформации. В этом типе затворов в процессе работы обычно и имеет место и остаточ­ная деформация, но величина ее незначительна по сравнению с затворами второго типа.

В качестве типичного примера рассмотрим валиковое уплотне­ние, часто применяющееся для различных вводов в аппаратуру высокого давления.

На рис. 90, III изображен ниппель, ввернутый в крышку. Гнездо крышки, в которое ввертывается ниппель, имеет гладко обработанное донышко. Полукруглый валик стального ниппеля, с силой прижимаясь к донышку гнезда, создает уплотнение за счет упругой деформации валика и, частично, донышка гнезда. Отсутствие герметичности в различных системах затворов объяс­няется тем, что мельчайшие неровности, имеющиеся даже на полированных поверхностях, образуют проходы для сжатого газа или жидкости. В данном случае при достаточном нажатии валика ниппеля на донышко крышки эти проходы уменьшаются до нуля за счет упругой деформации. Затворы подобного типа работают продолжительное время без ремонта. При пропуске, если хотят избежать ремонта, на донышко кладется тонкая мед­ная прокладка и уплотнение продолжает работать, при этом прокладка переходит в состояние текучести и затвор следует от­нести к следующей группе.

Затворы, основанные на принципе пластической деформации. На рис. 90, II изображен затвор автоклава с плоским кольце­вым обтюратором 1, изготовленным из какого-либо пластичного материала (красная медь, алюминий и т. п.). Силой нажатия болтов обтюратор раздавливается, материал его течет, запол­няет неровности между корпусом и крышкой, создавая тем са­мым герметичность. В отличие от затворов, основанных на прин­ципе упругой деформации, здесь наблюдается значительная остаточная деформация.

Перейдем к рассмотрению различных видов затворов, при­меняющихся в аппаратах и коммуникациях высокого и сверх­высокого давления.

Для предварительного нажатия и последующего удержания затвора в рабочем положении предложен ряд конструктивных решений, которые мы здесь только перечисляем; некоторые из них рассмотрим в дальнейшем.

Для указанной цели применяются: болты, шпильки, различ­ные виды нарезок, соединительные гайки с правой и левой резь­бой, соединительные гайки с диференциальной резьбой, нажим­ные гайки, клиновое ограничение, стяжки, гидравлический на­жим и т. п.

Рассмотрим применяющиеся в технике высоких давлений раз­личные виды обтюрации и приведем их краткую характеристику.

Плоский кольцевой обтюратор весьма распространен в прак­тике. На рис. 90, IV показан плоский кольцевой обтюратор, по­мещенный в паз у корпуса автоклава, что предохраняет обтю­ратор от вытекания и разрыва под влиянием внутреннего да­вления или предварительного затяга; крышка автоклава имеет соответственно кольцевой выступ. Для лучшего уплотнения паз и выступ имеют одну или несколько V-образных кольцевых рисок. К недостаткам этой конструкции надо отнести трудность смены обтюратора, удаление которого зачастую требует при­менения токарного станка. На рис. 90, IVб показана несколько улучшенная конструкция. Для облегчения вынимания обтюратора устроена поперечная канавка. Обтюратор разрубается узким зубилом и вынимается по частям. Чтобы не повредить при разрубании уплотняющей поверхности, канавка делается мельче паза. Иногда применяется уплотнение, аналогичное приведен­ному, но с обтюратором, расположенным в пазе крышки. Более рациональна конструкция затвора, изображенная на рис. 90, V, так как при этом диаметр обтюратора почти совпадает с внутрен­ним диаметром сосуда, следовательно, усилие от внутреннего давления, приходящееся на крышку, меньше, чем у конструкции на рис. 90, IV, что позволяет уменьшить толщину крышки и диаметр болтов.

Особенностью этого уплотнения является съемное ограничи­тельное стальное кольцо 1, которое прикреплено к крышке вин­тами 2 и не позволяет обтюратору вытекать при затяге, значи­тельно облегчая его смену. Кольцо должно быть достаточно проч­ным, чтобы не быть разорванным давлением обтюратора.

На рис. 90, VIa показан обтюратор, не имеющий с внутрен­ней стороны ограничивающей стенки и применяемый лишь при сравнительно невысоких удельных давлениях, так как при за­тяге болтов он может вытекать внутрь сосуда. Более целесо­образна конструкция, показанная на рис. 90, VIб органичением в которой служит выступ у крышки. К недостаткам ее следует отнести трение обтюратора о выступ крышки, уменьшающее срок службы обтюратора, особенно при грубой обработке поверхности выступа, затрудняющее съем крышки. Чтобы уменьшить тре­ние, выступ крышки делают иногда слегка коническим.

Для уплотнения ниппелей, клапанов и т. д. часто применяют следующую конструкцию (рис. 90, VII): в паз на корпусе нип­пеля впрессовывается медный или латунный обтюратор, при­жимающийся при завинчивании ниппеля к донышку гнёзда. В этой конструкции V-образные кольцевые риски не делаются вовсе или делаются только у паза ниппеля.

К плоским кольцевым обтюраторам относится уплотнение, в котором обтюратор накладывается на стык, требующий герме­тичности, и уплотняется нажатием болтов через промежуточное кольцо (90, VIII). Типичным соединением такого рода является уплотнение колонны синтеза аммиака, изображенной на рис. 13. Поверхности корпуса и крышки, на которых лежит обтюратор. 1, имеют зубчатую форму, образованную концентрическими V-образ- ными канавками. Нажим производится болтами 2 через промежу­точное кольцо 3.

Сила давления газа на верхнюю крышку воспринимается бол­тами 5. В данной конструкции нажим на обтюратор не зависит от затяга болтов, крепящих верхнюю крышку. Это уплотнение не вполне оправдало себя в колоннах синтеза, где оно работает при температуре 250° и давлениях до 300 ат.